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摘要:针对位移测距的需要,这里提出了一种可以进行画线测距离的电子圆珠笔。此笔采用磁珠作为位移的一个感应变量,采用高灵敏度霍尔传感器感应磁珠的量变。首先对磁珠的工作原理进行阐述,并詳细的论述了微处理器(MSP430F149系列单片机)位移检测的硬件和软件系统。此笔具有结构简单、使用携带方便等优点
关键词:磁珠位移检测MSP430单片机
在各工业位移检测中,计算尺的用处无处不见,体积庞大、携带不方便、误差大、量程有限等成为人们一致公认的缺点。比如一根长度尺的量程是1.2米,量一根感觉在1.2米左右的木条,在度量过程中,木条的长度刚好比长尺的量程多1CM,此时才感叹“书到用时方知少,尺到量时方恨短”;软尺以它良好的柔软性在尺兄妹当中也占有一席之地,但因读数不明显、误差大、量程有限、携带不方便等缺点也受到人们的唾弃。在当代爱美女性眼中更是骂不绝口,感觉变宽的胸围在尺带的误差影响下却被变窄了,明明变细的腰围在尺带的误差影响下又被变宽了,惹得90后的女性们倍感愤怒,因此对它嗤之以鼻。高科技智能化电子产品一直受到90后同年代人的青睐和追捧,相信风起云涌的90后电子爱好者们必将一浪更比一浪高。该系统充分体现了智能化、低功耗、高精度的发展趋势。重点在于传感器的设计及智能化、低功耗的硬件电路设计上。
磁珠工作原理
磁珠是平均分成N极和S极2等分的一个球体,磁珠的平面图如下图(一),在圆珠笔中相当于笔芯头上的小钢珠,当电子测距笔在纸上画线时,磁珠因为与纸张摩擦,所以在纸上留下一条直线,直线的长度就是磁珠滚动的圈数乘以磁珠的圆周长,同汽车路程表类似。采用高灵敏度的霍尔传感器接
图一 图二
图三
收磁珠产生的量变,装置位置在磁珠N极上面,产生的脉冲波形如上图(二)所示。或许有人会提出质疑,倘若磁珠球体的赤道与纸张面接触,并且滚动的时候也沿着赤道滚动,那么传感器就不能交替感应N、S极。这种质疑是非常有道理的,虽然出现的概率很小,但科学是非常严谨的,所以为了避免此类事情的发生,我们可以磁化笔芯头部,使之带有N极磁性,磁珠在装入笔芯头部时,磁珠的S极会与笔芯头部N极相吸,磁珠N极与笔芯头部N极相斥,这样就可以保证磁珠的S极始终朝下,但是在画线时,应避免一笔画两条垂直线。由于脉冲信号的高电平对应的是圆周长的1/2,在实际中为了提高传感器的位移精度采用二倍频方法进行处理,由于脉冲频率低,所以考虑采用成本低廉的RC倍频电路。如上图三所示。如若要求精度更高的,可以采用直径更小的磁珠。
2、系统功能
系统框图见图四。整个系统主要由放大整形模块,二倍频电路,主控芯片,数显模块组成。霍尔传感器采用日本东芝公司最近推出THS系列砷化镓霍尔传感器,灵敏度比传统的产品提高1.3倍,达33×10~(-3)千高斯。THS108A型的外形尺寸只有1.7×1.5×0.6毫米,为目前世界上体积最小、灵敏度最高。从霍尔传感器输出的Vi信号经放大整形模块处理后由二倍频电路连接到微处理器中,微处理器立即马不停蹄的对倍频脉冲信号进行计数,处理,计算,得到被控对象的位移结果。位移结果最后送入数码表显示。
3、系统硬件组成3.1 主控芯片及外围电路主控芯片我们采用MSP430F149单片机,它具有处理能力强,运行速度快,功耗低等特点;
整个系统采用3.3V供电,考虑到硬件系统要求电源具有稳压功能和纹波小等特点,另外也考虑到硬件的低功耗等特点,因此系统硬件的电源部分采用TI公司的TPS76033芯片实现,该芯片能很好地满足本硬件系统的要求,另外TPS76033芯片的封装很小,又能节约PCB板面积。
复位电路的设计一定要保证单片机性能可靠、稳定的工作,这里我们可以考虑采用专用复位芯片IMP811实现手动复位,复位原理图如图五所示。
图 五
数显电路采用LCD显示方式,MSP430具有丰富的I/O口资源,采用并行方式与LCD连接非常方便,这种方式既能满足现场的要求,又可以降低系统成本。在单片机与数码显示连接时选择P4.0~P4.6引脚用来输出显示数据,P2.1、 P2.2、P2.3、P2.4和P2.5是用来控制数码管的选通状态。
图四.系统功能框图
3.2 16位计数器
本次设计采用MSP430F149提供的计数器对倍频后的Vo信号进行计数。MSP430F149提供了两个16位的计数器, 分别是Timer_A,Timer_B,这是两个用途非常广泛的16位计数器,在设计中使用Timer_A计数器进行计数,且Timer_A应与Vo相连接,即Vo与P1.0引脚相连。
4、系统软件实现
显示模块流程如图六
显示模块流程图六
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词:磁珠位移检测MSP430单片机
在各工业位移检测中,计算尺的用处无处不见,体积庞大、携带不方便、误差大、量程有限等成为人们一致公认的缺点。比如一根长度尺的量程是1.2米,量一根感觉在1.2米左右的木条,在度量过程中,木条的长度刚好比长尺的量程多1CM,此时才感叹“书到用时方知少,尺到量时方恨短”;软尺以它良好的柔软性在尺兄妹当中也占有一席之地,但因读数不明显、误差大、量程有限、携带不方便等缺点也受到人们的唾弃。在当代爱美女性眼中更是骂不绝口,感觉变宽的胸围在尺带的误差影响下却被变窄了,明明变细的腰围在尺带的误差影响下又被变宽了,惹得90后的女性们倍感愤怒,因此对它嗤之以鼻。高科技智能化电子产品一直受到90后同年代人的青睐和追捧,相信风起云涌的90后电子爱好者们必将一浪更比一浪高。该系统充分体现了智能化、低功耗、高精度的发展趋势。重点在于传感器的设计及智能化、低功耗的硬件电路设计上。
磁珠工作原理
磁珠是平均分成N极和S极2等分的一个球体,磁珠的平面图如下图(一),在圆珠笔中相当于笔芯头上的小钢珠,当电子测距笔在纸上画线时,磁珠因为与纸张摩擦,所以在纸上留下一条直线,直线的长度就是磁珠滚动的圈数乘以磁珠的圆周长,同汽车路程表类似。采用高灵敏度的霍尔传感器接
图一 图二
图三
收磁珠产生的量变,装置位置在磁珠N极上面,产生的脉冲波形如上图(二)所示。或许有人会提出质疑,倘若磁珠球体的赤道与纸张面接触,并且滚动的时候也沿着赤道滚动,那么传感器就不能交替感应N、S极。这种质疑是非常有道理的,虽然出现的概率很小,但科学是非常严谨的,所以为了避免此类事情的发生,我们可以磁化笔芯头部,使之带有N极磁性,磁珠在装入笔芯头部时,磁珠的S极会与笔芯头部N极相吸,磁珠N极与笔芯头部N极相斥,这样就可以保证磁珠的S极始终朝下,但是在画线时,应避免一笔画两条垂直线。由于脉冲信号的高电平对应的是圆周长的1/2,在实际中为了提高传感器的位移精度采用二倍频方法进行处理,由于脉冲频率低,所以考虑采用成本低廉的RC倍频电路。如上图三所示。如若要求精度更高的,可以采用直径更小的磁珠。
2、系统功能
系统框图见图四。整个系统主要由放大整形模块,二倍频电路,主控芯片,数显模块组成。霍尔传感器采用日本东芝公司最近推出THS系列砷化镓霍尔传感器,灵敏度比传统的产品提高1.3倍,达33×10~(-3)千高斯。THS108A型的外形尺寸只有1.7×1.5×0.6毫米,为目前世界上体积最小、灵敏度最高。从霍尔传感器输出的Vi信号经放大整形模块处理后由二倍频电路连接到微处理器中,微处理器立即马不停蹄的对倍频脉冲信号进行计数,处理,计算,得到被控对象的位移结果。位移结果最后送入数码表显示。
3、系统硬件组成3.1 主控芯片及外围电路主控芯片我们采用MSP430F149单片机,它具有处理能力强,运行速度快,功耗低等特点;
整个系统采用3.3V供电,考虑到硬件系统要求电源具有稳压功能和纹波小等特点,另外也考虑到硬件的低功耗等特点,因此系统硬件的电源部分采用TI公司的TPS76033芯片实现,该芯片能很好地满足本硬件系统的要求,另外TPS76033芯片的封装很小,又能节约PCB板面积。
复位电路的设计一定要保证单片机性能可靠、稳定的工作,这里我们可以考虑采用专用复位芯片IMP811实现手动复位,复位原理图如图五所示。
图 五
数显电路采用LCD显示方式,MSP430具有丰富的I/O口资源,采用并行方式与LCD连接非常方便,这种方式既能满足现场的要求,又可以降低系统成本。在单片机与数码显示连接时选择P4.0~P4.6引脚用来输出显示数据,P2.1、 P2.2、P2.3、P2.4和P2.5是用来控制数码管的选通状态。
图四.系统功能框图
3.2 16位计数器
本次设计采用MSP430F149提供的计数器对倍频后的Vo信号进行计数。MSP430F149提供了两个16位的计数器, 分别是Timer_A,Timer_B,这是两个用途非常广泛的16位计数器,在设计中使用Timer_A计数器进行计数,且Timer_A应与Vo相连接,即Vo与P1.0引脚相连。
4、系统软件实现
显示模块流程如图六
显示模块流程图六
注:文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。